JPH0345526B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微細パターンの高精度転写技術として
注目されているＸ線露光法に於いて用いられるＸ
線露光マスクの製造方法に関するものである。

Ｘ線露光法は、波長の短い軟Ｘ線を図形の転写
媒体として用いるため、プロキシミテイ露光によ
る微細パターンの高精度一括転写が可能であり、
この為マスクの汚れが生じ難く、また高精度のマ
スク位置合せも可能になるといつた長所を有して
いる。その反面、電子ビーム励起方式のＸ線源を
用いたＸ線露光装置では、点光源から放射状に発
生する軟Ｘ線を図形の転写媒体として用いるが故
にマスク及びウエハの反りや歪が転写パターンの
位置ずれやボケに大きく影響するという問題も抱
えている。しかしながら、ウエハの大口径化もま
た半導体デバイスの生産性及び歩留りを高める為
に不可欠である。この為、従来、マイラー、カブ
トン、ポリイミド、パリレン−Ｎなどといつたプ
ラスチツクの薄膜を転写パターンの支持層とする
大口径のＸ線露光マスク（以後プラスチツクマス
クと称する）を用いて、密着露光により大口径ウ
エハに転写しようとする試みがなされている。

ところが、現在までのところ、これらプラスチ
ツクマスクには、プラスチツク薄膜の寸法の経時
変化や温度及び湿度の変動に伴う寸法の変化及び
使用状態においてもウエハに密着したプラスチツ
ク薄膜を引き離す時に生ずる歪等々の問題がある
ため、1μｍ前後若しくはそれ以下の超微細パタ
ーンを所望の精度で重ね合せ露光することは非常
に困難である。

一方、第１図に示すようにAu等のＸ線を良く
吸収する重金属で形成した所望の転写パターン１
１をSiやSi₃N₄、SiO₂、SiC、BN、Al₂O₃等々の
軟Ｘ線の透過率が大きい無機材料から成る薄膜１
２で支持し保護膜１３を用いて選択的に蝕刻除去
して形成したSiフレーム１４で前記薄膜１２を補
強支持する構造のＸ線露光マスク（以後これを無
機マスクと称する）の開発もまた盛んである。こ
うした無機マスクは、一般に寸法の経時変化が殆
ど無くまた、温度や湿度の変化に伴う寸法の変動
が小さいため、極めて高精度の位置合せを必要と
する超LSI等の製造に適している。

無機マスクの欠点は、一般に該薄膜１２と該Si
フレーム１４との界面に働く応力によつて、反り
を生じ、また機械的強度がプラスチツクマスクに
比べて小さい為、大口径ウエハに一括露光するこ
とはやはり困難な点である。しかし、大口径ウエ
ハに露光する場合の上記の問題点は比較的小口径
の高平面度を有する無機マスクを用いたステツ
プ・アンド・リビート露光方式を採用することに
より解決できる。なぜならば、こうすることによ
つてマスク面積は小さくてもよいことになり、マ
スクの寸法が小さいために反りが小さくなり、し
かも温度や湿度の変化に伴うマスクのピツチ精度
の低下が小さく抑えられ、更に各露光ステツプ毎
にＸ線露光マスクとウエハの間隔及び平行度を微
妙に調整できるようになる為、ウエハの口径とは
無関係に高精度の位置合せが可能になるのであ
る。

更に、こうしたステツプ・アンド・リビート方
式用のＸ線露光マスクを製造する場合を考えてみ
ても電子ビーム露光技術等の微細パターン描画技
術を用いてするＸ線露光マスクのパターン形成も
描画パターン数が、少なくて済むために容易にな
るという利点すら享受し得ることになる。

さて、ここでもう一度、従来型の大口径を実現
しようとした無機マスクの問題点を振り返つて考
えてみよう。たとえば、第１図の模式的断面図を
参照すれば判るようにSi基板の大部分を占めるＸ
線透過域を形成し、薄膜１２を補強支持するSiフ
レーム１４を形成するには、まず転写パターン１
１を形成した表面を蝕刻してしまつたり傷つけた
りしないように保護する手段を施し、しかる後に
Si基板の裏面から保護膜１３で覆われていない領
域を選択的に蝕刻除去するのを常としているが、
この場合、各マスク表面を保護する手段を施すの
に大体１時間程度は要し、さらに裏面からの選択
蝕刻に５〜６時間を要している。無機マスクは前
記の如き数々の利点を有する優れた転写マスクで
はあるが、この生産性の悪さは、やはり問題であ
る。一般にMOSトランジスタ等々のデバイスを
作るには、少くとも５〜６枚多い場合には10枚程
度のマスクを組として用いる必要がありこれに予
備の分を含めると、その所要枚数ひいては、それ
に要する製造時間は膨大なものになつているので
ある。

また、従来のＸ線露光マスクの製造方法では、
Ｘ線透過性薄膜や、異方性蝕刻液に対する保護膜
の形成工程に於いて、各Si基板毎に膜厚や膜質の
ばらつきがある為、Ｘ線露光マスク基板の反り量
が異なつたり、また電子ビーム露光工程に於ける
温度や基板の固定状態にばらつきを生じたりして
いる為にピツチ精度が低下するという問題点もあ
る。

本発明は、かかる無機マスクの製造上の問題点
を解決し、同時に多数のＸ線露光マスクを生産す
る方法を提供するものであり、以下に実施例を用
いて本発明の詳細を具体的に説明する。第２図ａ
から第２図ｆに至る各図は、本発明の一実施例に
よるＸ線露光マスクの主要製造工程を順を追つて
示した模式的断面図である。第２図ａに於いて、
２１はSi単結晶板であり、少なくとも一方の面は
鏡面研磨する（以後、鏡面研磨された面を表面、
必ずしも鏡面研磨を必要としない面を裏面と称す
る）。

以下、本実施例においては、２１の表面が
｛100｝面であると仮定して説明する。従つて、以
後結晶面、結晶軸と特定して記すが、これは全て
２１の表面を｛100｝と仮定したことに発するの
であつて本発明の必須条件ではない。他の組合せ
も勿論可能である。Si単結晶基板２１の裏面には
Si₃N₄又は、SiO₂若しくはSiCのいずれか一つ又
は、それ等の複合膜から成る薄膜２２をCVD法
又はスパツタリング法若しくは熱酸化法等の方法
により堆積する。次に第２図ｂに示すように、た
とえば通常の光学露光技術を用いて該薄膜２２の
所定の領域を蝕刻除去し、該薄膜の一部で構成し
たパターン２２′を形成する。このときパターン
２２′はSi単結晶基板２１の＜110＞方向に平行に
形成しておくとよい。前記薄膜２２の一部を蝕刻
除去して形成した開口部２３及び２４は、前者２
３は所望の転写パターンが形成される領域に対応
し、後者２４は、後の工程に於て該Si単結晶基板
２１の一部を蝕刻除去して複数個のＸ線露光マス
クに分割するためのスクライブ線に対応する。但
し、開口部２４の溝幅は、該Si単結晶基板の厚さ
をtμｍとしたとき２（ｔ−100）×（tan54.7゜）^-1μ
ｍ
から２（ｔ−10）×（tan54.7゜）^-1μｍの間にあるこ
と
が望ましい。次に第２図Ｃに示すように、該Si単
結晶基板２１の表面上にSi₃N₄、SiO₂、SiC、
BN、Al₂O₃等のＸ線を良く透過する材料から成
る薄膜２５を、例えばCVD法又はスパツタリン
グ法あるいはイオン蒸着法等々の方法を用いて形
成する。更に、第２図ｄに示すように薄膜２５の
表面上に電子ビーム露光技術又はイオンビーム露
光技術あるいは深紫外線露光技術等々の方法を用
いて所望の転写パターン２６をAu等のＸ線を良
く吸収する重金属で形成する。以後、該パターン
２６をＸ線吸収体パターンと称する。この場合、
Ｘ線吸収体パターン２６は、開口領域２３に対応
する領域に形成しておく。

しかる後、任意の治具を用いて該Ｘ線吸収体パ
ターンを保護しつつ、例えば、水酸化カリウム水
溶液又は抱水ヒドラジン等々の異方性蝕刻液を用
いて該Si単結晶基板２１の一部を蝕刻除去し、第
２図ｅに示すように開口部２３及び蝕刻溝２４′
を形成する。このとき前記異方性蝕刻液は、Si単
結晶基板の｛100｝面に対する蝕刻速度が大きく
｛111｝面に対する蝕刻速度が小さいため、前述の
ように該薄膜パターン２２′を予めSi単結晶基板
２１の＜110＞方向に平行に形成しておけば、該
開口領域２３′及び該開口溝を２４′を囲むSi単結
晶基板２１′の側面には｛111｝面が現われ、薄膜
２５とこの｛111｝面とがなす角度は、｛100｝面
と｛111｝面とのなす角54.7゜に等しくなる。した
がつて前述のように予め該開口領域２４の幅を該
Si単結晶板の厚さtμｍに対応して２（ｔ−100）×
（tan54.7゜）^-1μｍから２（ｔ−10）×（tan54.7゜）
^-1μｍ
の範囲に形成しておけば、蝕刻溝２４′の深さは、
およそ（ｔ−100）μｍから（ｔ−10）μｍの範
囲に形成される。したがつて、蝕刻溝２４′の領
域では、該Si単結晶基板２１′の厚さはおよそ10μ
ｍないし100μｍとなり、しかも該蝕刻溝は予め
＜110＞方向に平行に形成されているため前記の
異方性蝕刻液を用いた蝕刻工程を経た後は、第２
図ｆに示すように該蝕刻溝２４′を境にして複数
個の矩形板状のＸ線露光マスクに人の手で容易に
分割できる。すなわち、本発明が提供する方法に
よれば、従来多大の時間を要していたＸ線露光マ
スクのSi基板の蝕刻工程を大幅に短縮でき、寸法
精度に優れた無機マスクの生産性の向上に大きく
寄与することとなる。一般に無機マスクでは転写
パターンの支持層となる該薄膜２５は、軟Ｘ線の
透過率を考慮して高々数μｍ以下の膜厚に形成さ
れる為、非常に脆く、従来使用されている種々の
切断機を用いて該薄膜２５及びＸ線吸収体パター
ン２６に損傷を与えずに該Si単結晶基板２１′を
分割することは極めて困難である。また、本発明
の製造方法によれば、同一Si基板から多数のＸ線
露光マスク基板が同時に得られる為、従来のＸ線
露光マスクに於いて大きな問題となつている、異
なるマスク間のピツチ精度が大幅に向上する。こ
の効果は同じレベル（例えば配線のレベル）のマ
スク間でも、異なるレベル（例えばLOCOSと配
線のレベル）のマスク間でも成立する。

第３図は、本発明の実施例を更に詳細に説明す
る為に示したＸ線露光マスクの概略平面図であ
る。図に於いてＡ−A′で切断した断面を矢印の
方向から見た図が第２図ｅに相当する。第３図に
於いて３１は｛100｝面を表面とするSi基板であ
り、３２は＜110＞方向を示すオリエンテーシヨ
ン・フラツトである。破線で示した矩形領域３３
は該Si単結晶基板３１の所定の領域を異方性蝕刻
液を用いて選択的に蝕刻除去して形成した開口領
域であり、第２図の２３′に相当する。各開口領
域３３には、予めＸ線を良く透過する膜が形成さ
れており、また該薄膜上には予め所望のＸ線吸収
体パターンが形成されている。上記Ｘ線吸収体パ
ターンは該開口領域３３のそれぞれに異なるマス
クレベルのパターンを形成することも可能である
し、また同一マスクレベルのパターンを繰り返し
形成することも可能である。いずれの場合に於い
ても、例えば、電子ビーム露光技術を用いたパタ
ーン形成プロセスでは装置へのマスク基板の設置
が一度で済むという利点がある。第３図に於いて
２点鎖線３４は異方性蝕刻液を用いて該Si単結晶
基板３１の一部分を蝕刻除去して形成した蝕刻溝
であり、第２図に於て２４′で示した部分に相当
する。この蝕刻溝がなす形状はSi単結晶基板の主
平面を何面に選ぶか、また蝕刻溝の側面を何面で
形成するか、蝕刻溝の方向を何方向に選ぶかによ
つて定まることになる。前記実施例では｛100
面｝、｛111｝面、＜110＞方向を選んだ結果、矩形
になつたということであり、これらの選択は蝕刻
液との兼ね合いで適当に選択することができる。
前に蝕刻溝２４の幅を設定するところで例示した
54.7゜という数値は、これらの条件設定に伴つて
結晶学的に定まる定数というべき性格のものであ
る。

第４図の該Si結晶基板３１を該蝕刻溝３４を境
にして個々のＸ線露光マスクに分割した状態を示
す。第４図に於いて４１は該Ｘ線透過性薄膜３３
を補強支持する為に該Si単結晶基板３１の一部で
形成した補強支持枠である。

上記のように本発明によれば、複数個のＸ線露
光マスクが一括して製造できる為、Si単結晶基板
を用いた高精度のＸ線露光マスクの生産性が、従
来方法に比べて大幅に向上することとなり、特に
ステツプ・アンド・リピート用Ｘ線露光マスクの
製造には大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来からのSi基板を用いた無機マス
クの模式的断面図である。第２図ａ〜ｆの各図
は、本発明の一実施例によるＸ線露光マスクの製
造方法を、その主要工程を追つて示した模式的断
面図であり、第３図は本発明の一実施例を示すSi
単結晶基板の概略平面図、第４図は本発明の製造
方法によつて得られるＸ線露光マスク単体の概略
平面図である。図中、各番号はそれぞれ次のもの
を示す。１１，２６……Ｘ線吸収体パターン、１
２，２５……Ｘ線透過性薄膜、１３，２２′……
保護膜、２１，３１……｛100｝Si単結晶基板、
１４，２１′，４１……Si単結晶基板の一部で形
成した補強支持梁、２３′，３３……Si単結晶基
板の一部を蝕刻除去して形成した蝕刻溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Si単結晶基板の一方の表面上にＸ線透過性薄
   膜を形成する工程と、該薄膜上に重金属よりなる
   Ｘ線吸収体パターンを形成する工程と、該Si単結
   晶基板の他方の表面上にSi₃N₄、SiO₂又はSiCの
   いずれか一つ若しくはこれ等の複合膜からなる薄
   膜を形成し、この薄膜を所望の形状にパターニン
   グする工程と、このパターニングした薄膜を保護
   膜として前記Si単結晶基板の一部を異方性蝕刻液
   を用いて蝕刻除去し、前記Ｘ線透過性薄膜の裏面
   を露出せしめた複数個の開口領域と該開口領域を
   取り囲むように配置されたるＶ字型断面を有する
   蝕刻溝とを同時に形成する工程と、前記蝕刻溝を
   境界にして複数個のＸ線露光マスクに分割する工
   程とを含むことを特徴とするＸ線露光マスクの製
   造方法。